Java——协变数组和类型擦除(covariant array type erasure)

本文探讨了数组的协变性和具体化特性,以及这些特性如何与泛型的行为形成对比。文章通过实例展示了数组协变可能导致的问题,并解释了为什么泛型不支持协变以确保类型安全。

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1、数组的协变性

数组的协变性(covariant)是指:

如果类Base是类Sub的基类,那么Base[]就是Sub[]的基类。

而泛型是不可变的(invariant),List不会是List的基类,更不会是它的子类。


数组的协变性可能会导致一些错误,比如下面的代码:
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public static void main(String[] args) {
     Object[] array = new String[ 10 ];
     array[ 0 ] = 10 ;
}

它是可以编译通过的,因为数组是协变的,Object[]类型的引用可以指向一个String[]类型的对象

但是运行的时候是会报出如下异常的:

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Exception in thread "main" java.lang.ArrayStoreException: java.lang.Integer

但是对于泛型就不会出现这种情况了:
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public static void main(String[] args) {
     List< Object> list = new ArrayList< String>();
     list.add( 10 );
}

这段代码连编译都不能通过。

2、数组的具体化。

数组是具体化的(reified),而泛型在运行时是被擦除的(erasure)。

数组是在运行时才去判断数组元素的类型约束,

而泛型正好相反,在运行时,泛型的类型信息是会被擦除的,只有编译的时候才会对类型进行强化。

java泛型是编译器泛型,是一种语法糖,生成的二进制代码中是没有泛型的,jvm感受不到泛型。java的泛型编译生成二进制代码的时候,进行了类型的擦除,放入集合的实际上是object类型,从集合中获取对象的时候 获取的是object类型, 然后进行了强制类型转换,转换成实际的类型。

所以上面的例子中,数组的方法会在运行时报出ArrayStoreException,而泛型根本无法通过编译。

3、泛型不是协变的

虽然将集合看作是数组的抽象会有所帮助,但是数组还有一些集合不具备的特殊性质。

Java 语言中的数组是协变的(covariant),也就是说,如果 Integer扩展了 Number(事实也是如此),那么不仅 Integer是 Number,而且 Integer[]也是 Number[],在要求 Number[]的地方完全可以传递或者赋予 Integer[]。(更正式地说,如果 Number是 Integer的超类型,那么 Number[]也是 Integer[]的超类型)。

您也许认为这一原理同样适用于泛型类型 —— List是 List的超类型,那么可以在需要 List的地方传递 List。不幸的是,情况并非如此。

不允许这样做有一个很充分的理由:

这样做将破坏要提供的类型安全泛型。

如果能够将 List赋给 List。

那么下面的代码就允许将非 Integer的内容放入 List

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List<integer> li = new ArrayList<integer>();
List<number> ln = li; // illegal
ln.add( new Float( 3.1415 ));</number></integer></integer>
因为 ln是 List,所以向其添加 Float似乎是完全合法的。但是如果 ln是 li的别名,那么这就破坏了蕴含在 li定义中的类型安全承诺 —— 它是一个整数列表,这就是泛型类型不能协变的原因。
<think>嗯,用户问的是Java中的变返回类型,我需要先回忆一下这个概念的定义。变返回类型可能方法的覆盖有关,对吧?我记得在Java早期版本中,子类覆盖父类方法时,返回类型必须完全一致。但是后来某个版本开始,允许子类方法的返回类型是父类方法返回类型的子类,这样更灵活。 用户可能是Java开发者,遇到需要覆盖方法但希望返回更具体类型的情况,比如父类方法返回Animal,子类返回Dog。这时候变返回类型就派上用场了。需要确认Java哪个版本引入的这个特性,应该是Java 5之后,因为之前是不支持的。 接下来要解释变返回类型的具体例子,说明如何工作。比如父类有一个方法返回Animal,子类覆盖时返回Dog,而Dog是Animal的子类。这样在调用子类方法时,可以直接得到Dog类型,不需要强制转换,提高了代码的简洁性安全性。 还要注意重载的区别,变返回类型是方法覆盖,方法签名除了返回类型不同,其他部分必须相同。而重载是方法名相同但参数不同。这里要澄清可能存在的混淆点。 用户可能想知道为什么变返回类型有用,比如在工厂方法模式中,子类可以返回具体产品类型,而不是父类的抽象类型,这样客户端代码可以直接使用子类特有的方法,而无需向下转型,减少出错可能。 另外,可能需要提到编译器的处理方式,确保在运行时正确解析返回类型,以及变返回类型在面向对象设计中的优势,比如更清晰的继承结构类型安全。 需要检查是否有其他相关概念需要对比,比如逆变参数类型,但Java不支持方法的参数类型逆变,所以可以不用深入,除非用户问起。 最后总结变返回类型的定义、作用、使用场景好处,确保用户能清晰理解并应用到实际编码中。</think>在 Java 中,**变返回类型Covariant Return Type)** 是一种允许子类**重写父类方法时返回更具体类型**的特性。这是对传统方法重写规则的扩展,旨在提高代码的灵活性类型安全性。 --- ### 核心概念 - **传统规则**: 子类重写父类方法时,必须保持**返回类型完全一致**(Java 5 之前的限制)。 - **变返回类型**(Java 5+): 子类重写父类方法时,可以返回父类方法返回类型的**子类**(更具体的类型)。 --- ### 示例代码 ```java class Animal { public Animal reproduce() { return new Animal(); } } class Dog extends Animal { // 变返回类型:返回 Dog(Animal 的子类) @Override public Dog reproduce() { return new Dog(); } } ``` --- ### 关键特点 1. **类型细化**: 子类方法返回的类型比父类更具体(如 `Dog` 是 `Animal` 的子类)。 2. **类型安全**: 调用子类方法时,可以直接使用具体类型,无需强制类型转换: ```java Dog dog = new Dog(); Dog puppy = dog.reproduce(); // 直接返回 Dog 类型 ``` 3. **兼容性**: 变返回类型不违反里氏替换原则(LSP),因为子类返回的类型始终满足父类约束。 --- ### 典型应用场景 - **工厂方法模式**: 父类定义抽象工厂方法返回通用类型,子类返回具体类型: ```java abstract class ShapeFactory { public abstract Shape create(); } class CircleFactory extends ShapeFactory { @Override public Circle create() { // 返回具体类型 Circle return new Circle(); } } ``` - **链式调用**: 支持子类方法返回自身类型以实现链式调用: ```java class Builder { Builder setWidth(int width) { /* ... */ return this; } } class AdvancedBuilder extends Builder { @Override AdvancedBuilder setWidth(int width) { // 返回 AdvancedBuilder super.setWidth(width); return this; } } ``` --- ### 对比传统方法重写 | **场景** | **传统重写** | **变返回类型** | |-----------------------|-----------------------|-----------------------| | 返回类型 | 必须完全一致 | 允许子类细化类型 | | 类型转换 | 需要强制转换 | 直接使用具体类型 | | 代码灵活性 | 较低 | 更高 | --- ### 总结 变返回类型通过允许子类方法返回更具体的类型,实现了: - **类型安全**:避免不必要的强制类型转换。 - **代码简洁性**:直接操作具体类型。 - **设计灵活性**:支持更优雅的继承多态实现。
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